MIMO-OFDM系统中的空时编码技术研究

　　2空时编码技术

　　2.1基于发送分集的STBC空时编码

　　对于空时分组码，核心的评价标准是提供发射分集、编码码元发射率以及发射时隙的多少。发射天线的分集度取决于空时编码矩阵的设计方案，如要完全分集，则至少应保证编码矩阵是满秩的。如果配置了多根接收天线，则总的分集度是发射天线数量与接收天线数量的乘积。码元发射率是每单位码元周期内的发射码元的个数。发射时隙是空时编码的长度也就是指码元周期。设计空时编码的最一般的目的是在保持全分集发射的情况下，使码元发射率(速率)最大并且使发射时隙最小。

　　2.2基于空间复用的BLAST空时编码

　　分层空时码是由Bell实验室的G.J.Foschini等人提出的最早的一种空时编码方式。它的基本思想是：在发送端，将高速信源数据分为几个低速的子数据流，对各个子数据流进行普通的并行信道编码之后，进行分层空时编码，调制之后通过多个天线发送出去，从而达到分集发送的效果；在接收端，用多个天线分集接收，信道参数通过信道估计获得，进行分层空时译码。

　　2.3两种空时编码的优缺点比较

　　按照正交设计理论构造的分组空时码与分层空时码相比，它能够获得最大的分集增益，性能比分层空时码好。STBC的正交性支持接收端采用完全线性处理的最大似然独立解码，其解码复杂度大大降低。无论增加发射天线数还是增加频谱利用率都不会对解码复杂度有太大的影响，接收端的解码算法简单、复杂度低是STBC最大的优点。

　　虽然空时分组码的正交设计使得它的译码复杂度大大的降低，但是它的正交设计给它带来了两个问题：一是STBC的编码增益仅仅与所采用的信号星座图的结构有关，目前还没有很好的编码增益优化方法；二是采用一般实正交设计时，空时分组码的频带利用率可以达到最大，但采用复正交设计时，STBC的频带利用率只有最大值的一半。M=3，4时，可以达到最大值的3／4。可以说STBC是以编码增益和部分频带利用率来换取最大的分集增益和较低的编译码复杂度的。 3 MIMO-OFDM系统中的空时编码技术

　　空时编码具有频谱效率高，抗衰落能力强等优点，但目前提出的空时编码都是基于平坦衰落信道，而未来宽带移动通信所处的信道将是严重的非平坦衰落信道，因而还不能将空时编码直接运用到未来移动通信中去。

　　OFDM的最大优点是：传输高速数据时，具有内在的抗符号干扰能力，将宽带的非平坦信道转换为一组并行的平坦衰落子信道。OFDM的最大特点正好弥补了空时编码的最大缺点，为空时编码在后3G宽带移动通信系统中的应用找到了较为理想的解决方案。两者结合不但可以使系统获得更高的频谱效率，传输速率和通信质量，而且还能够大大减轻高速通信时将会遇到的均衡复杂性。

　　通常情况下，STC-OFDM是将输入的信息比特流经过调制后串并变换，对得到的k路数据(k，子载波个数)分别进行空时编码，每一路数据的编码结果都是N路输出信号(N，发射天线的个数)，这样就能得到k组包含N路信号的输出结果。然后，对这样的结果进行重新排列，如图5所示，就能得到每一组OFDM的输入信号。经过IFFT变换之后，从相应的天线上发射出去。也就是说，要在OFDM系统中使用空时码，就在每一个子载波上进行空时编码，然后再进行IFFT调制，接收端先进行FFT解调，再对每个子载波上的数据进行空时编码。


　　4 结论

　　MIMO和OFDM技术在各自的领域中发挥了巨大的作用，如今将两者相结合并应用到未来移动通信中，正成为无线通信研究的一个热点。OFDM系统克服频率选择性衰落，为MIMO技术的应用提供了一个很好的平台，MIMO技术又可以为OFDM系统提供明显的分集增益和系统容量的增加，两者的结合可以带来极大的性能增益。空时编码和OFDM的结合可以看成是MIMO-OFDM的特例，OFDM的特点正好弥补了空时编码不能直接用于宽带移动通信中的缺陷，将两者结合而形成的空时OFDM技术将成为后3G及4G宽带移动通信的无线传输找到一种可行的解决方案。